Введение

Семейство разъемов, обычно используемых для аналоговых сигналов.

Телефонный разъем – это семейство цилиндрических электрических разъемов, предназначенных главным образом для аналоговых аудиосигналов. Изобретенный в конце XIX века для телефонных станций, телефонный разъем до сих пор используется для подключения проводного аудиооборудования, такого как наушники, динамики, микрофоны, микшерные пульты и электронные музыкальные инструменты (например, электрогитары, клавишные и эффекты). Штекер (разъем) вставляется в гнездо (разъем), хотя используется и другая терминология. Штекеры имеют от 2 до 5 электрических контактов. Контакт наконечника имеет углубление (прорезь). Контакт гильзы находится ближе всего к рукоятке (проводящей или изолированной). Контакты изолированы друг от друга полосой непроводящего материала. Между наконечником и гильзой располагается от 0 до 3 кольцевых контактов. Поскольку телефонные разъемы имеют множество применений, часто разъем называют по количеству колец:

+Аббревиатура (полное название) Контакты Типичное применение Внешний вид штекера
TS (наконечник-гильза) 2 моно аудио
TRS (наконечник-кольцо-гильза) 3 стерео аудио, моно аудио (сбалансированное), MIDI
TRRS (наконечник-кольцо-кольцо-гильза) 4 гарнитура с микрофоном, видео со стерео аудио
TRRRS (наконечник-кольцо-кольцо-кольцо-гильза) 5 редко используется

Гильза обычно является общей точкой заземления или обратным током для сигналов на наконечнике и любых кольцах. Таким образом, количество передаваемых сигналов меньше, чем количество контактов. Внешний диаметр гильзы составляет для полноразмерных разъемов, для "мини" разъемов и всего для "суб-мини" разъемов. Кольца обычно имеют тот же диаметр, что и гильза.

Миниатюрный размер

Размер 3,5 мм или миниатюрный был первоначально разработан в 1950-х годах как двухпроводниковый разъем для наушников в транзисторных радиоприемниках и остается стандартом, используемым до сих пор. Эта версия, примерно вдвое меньшая по размеру, чем оригинал, получившая распространение благодаря радио Sony EFM 117J (выпущенному в 1964 году), до сих пор широко применяется в портативных устройствах. Трехпроводниковые версии стали очень популярны с появлением Walkman в 1979 году, поскольку, в отличие от более ранних транзисторных радиоприемников, эти устройства не имели собственных динамиков; обычно их слушали, подключая наушники. Существует также стандарт EIA для миниатюрных телефонных разъемов размером 0,141 дюйма. Размеры 2,5 мм или субминиатюрные также получили распространение в небольшой портативной электронике. Они часто располагались рядом с 3,5-мм микрофонным разъемом для пульта дистанционного управления или выключателя питания на ранних портативных магнитофонах; микрофон, поставляемый с такими устройствами, имел выключатель питания и использовал двухконтактный разъем с штекерами 3,5 и 2,5 мм. Они также использовались для подачи низковольтного постоянного тока от сетевых адаптеров. Впоследствии их заменили коаксиальными разъемами питания постоянного тока. 2,5-мм телефонные разъемы также использовались в качестве разъемов для гарнитур в мобильных телефонах (см.). Размеры 3,5 мм и 2,5 мм в США иногда называют соответственно 1/8 и 3/32 дюйма, хотя эти размеры являются лишь приблизительными. Все размеры теперь легко доступны в двухпроводном (небалансном моно) и трехпроводном (балансном моно или небалансном стерео) исполнении. Для определенных применений используются четырехпроводные штекеры и разъемы 3,5 мм. Четырехпроводная версия часто используется в компактных видеокамерах и портативных медиаплеерах, обеспечивая стереозвук и композитное аналоговое видео. Она также используется для одновременного подключения стереоаудио, микрофона и управления воспроизведением медиа, звонками, громкостью и/или виртуальным помощником на некоторых ноутбуках и большинстве мобильных телефонов, а также на некоторых портативных любительских радиостанциях Yaesu. Некоторые усилители для наушников используют их для подключения сбалансированных стереонаушников, которым требуется два проводника на канал, поскольку каналы не имеют общей земли.

Использование радиовещания

К 1940-м годам вещательные радиостанции использовали вилки Western Electric Code No. 103 и соответствующие разъемы для коммутации аудиосигнала в студиях. Этот разъем применялся благодаря его использованию в магистральных линиях AT&T (Long Line) для распространения аудиопрограмм по арендованным телефонным линиям радиосетей. Из-за значительного пространства, необходимого для этих патч-панелей, в конце 1940-х годов индустрия начала переходить на 3-контактные вилки и разъемы, используя вилку WE Type 291 с разъемами WE Type 239. Вилка Type 291 была выбрана вместо стандартной вилки для коммутационных панелей Type 110, поскольку расположение большого цилиндрического элемента на этой TRS-вилке приводило бы к кратковременному замыканию обоих каналов аудиосигнала при вставке и извлечении вилки. Конструкция вилки Type 291 предотвращает это благодаря укороченному наконечнику.

Коннекторы для патч-бай

Профессиональная аудио- и телекоммуникационная индустрия используют разъемы малого диаметра, известные под торговыми марками, включая TT, Tini Telephone и Tini Tel. Они несовместимы со стандартными разъемами EIA RS 453/IEC 60603 1/4 дюйма. Помимо немного меньшего диаметра, они отличаются незначительной геометрией. Bantam-коннекторы применяются в микшерских консолях и внешних патч-панелях в студиях звукозаписи и при организации живого звука, где требуется большое количество соединений на ограниченной площади. Несколько иная форма Bantam-разъемов также снижает вероятность короткого замыкания при подключении.

Реже

Двухконтактная версия, известная в телекоммуникационной отрасли как "310-коннектор", состоит из двух телефонных штекеров 1/4 дюйма с центральным расстоянием между ними. Гнезда этих типов могут использоваться с обычными телефонными штекерами, при условии, что корпуса штекеров не слишком велики, но штекерная версия соединяется только с двумя гнездами с центральным расстоянием 5/8 дюйма или с линейными гнездами, также при условии достаточно малых корпусов. Эти коннекторы до сих пор используются в центральных офисах телефонных компаний на патч-панелях "DSX" для цепей DS1. Похожий тип 3,5-мм коннектора часто используется в подлокотниках старых самолетов как часть бортовой системы развлечений в полете. Подключение стерео-штекера к одному из двух моно-гнезд обычно приводит к тому, что звук поступает только в один наушник. Адаптеры имеются в продаже. Короткий вариант телефонного штекера использовался для высокоомных мононаушников 20-го века, особенно для тех, что применялись в самолетах времен Второй мировой войны. Они стали редкостью. Физически возможно использовать обычный штекер в коротком гнезде, но короткий штекер не зафиксируется в обычном гнезде и не замкнет цепь на наконечнике. Менее распространенные размеры, как по диаметру, так и по длине, также доступны у некоторых производителей и используются, когда необходимо ограничить доступность соответствующих коннекторов, например, гнезда с внутренним диаметром для систем пожарной безопасности в общественных зданиях.

Упадок

Однако тенденция к отказу от разъемов для наушников в мобильных устройствах, начатая Apple iPhone 7 в 2016 году, привела к их сокращению (см.). Кроме того, появилось множество альтернативных проводных разъемов, способных передавать цифровой звук наряду с другими сигналами, что сделало разъем для наушников ненужным и, следовательно, рассматривается как нерациональное использование пространства в некоторых ультратонких компьютерах (см.).

Авиационные и военные соединители США

Военные США используют различные телефонные разъемы, включая разъемы диаметром 9/32 дюйма (0,281 дюйма, 7,14 мм) и 1/4 дюйма (0,25 дюйма, 6,35 мм). В гражданских самолетах коммерческой и общей авиации (GA) часто используются пара телефонных разъемов. Для наушников используется стандартная 2- или 3-проводниковая вилка диаметром 1/4 дюйма (6,3 мм) типа PJ 055. Для микрофона используется меньшая 3-проводниковая вилка диаметром 3/16 дюйма (0,206 дюйма / 5,23 мм) типа PJ 068. Военные самолеты и гражданские вертолеты используют другой тип, называемый U 174/U (Nexus TP 101), также известный как U 93A/U (Nexus TP 102) и Nexus TP 120. Они также известны как разъемы НАТО США. Они имеют стержень определенного диаметра с четырьмя проводниками, два из которых предназначены для наушников, а два – для микрофона. Также используется U 384/U (Nexus TP 105), который имеет тот же диаметр, что и U 174/U, но немного длиннее и имеет 5 проводников вместо 4. Существует похожий четырехпроводниковый британский разъем типа 671 (10H/18575) с немного большим диаметром, используемый для гарнитур во многих военных самолетах Великобритании и часто называемый разъемом НАТО Великобритании или Европейского НАТО.

Компьютерный звук

На персональных компьютерах можно найти различное количество разъемов 3,5 мм для ввода и вывода, как от встроенного звукового оборудования, распространенного на материнских платах, так и от устанавливаемых звуковых карт. Цветовая кодировка разъемов 3,5 мм TRS, предложенная в руководстве по проектированию компьютерных систем 1999 года, является общепринятой: розовый цвет – для микрофона, светло-голубой – для линейного входа, а салатовый – для линейного уровня. AC'97 и его преемник Intel High Definition Audio 2004 года – широко распространенные спецификации, которые, хотя и не предписывают обязательное наличие физических разъемов, определяют спецификации для разъема передней панели с назначением контактов для двух портов с функцией определения подключения. На передних панелях обычно есть стереовыход для наушников и (реже) стереовход для микрофона. На задней панели могут быть дополнительные разъемы, чаще всего для линейного выхода, микрофона, линейного входа и реже – для нескольких выходов для многоканального звука. В ноутбуках, как правило, меньше разъемов, чем в настольных компьютерах, из-за ограничений по размеру.

Тенденция удаления телефонных разъемов

Звук может передаваться через USB-C, Bluetooth, разъемы дисплея с интегрированным звуком (например, DisplayPort и HDMI), или через встроенные динамики и микрофоны, что делает телефонный разъем ненужным. В последнее время наблюдается тенденция к полному отказу от телефонных разъемов в ультратонких устройствах (например, MacBook Air и ChromeBook). Аналоговый звуковой выход на этих устройствах можно обеспечить с помощью USB-звуковой карты.

Мощность микрофона

Некоторые компьютеры оснащены 3,5-мм TRS-разъемом для монофонического микрофона, который подает 5 В смещения на кольцо для питания встроенного буферного усилителя электретного микрофона, хотя конкретные детали зависят от производителя. Разъем Apple PlainTalk – это исторический вариант, который принимает либо 3,5-мм линейный вход, либо удлиненный 3,5-мм TRS-штекер, у которого на наконечнике подается питание усилителя.

Стекло для наушников TRRS

Некоторые новые компьютеры, особенно ноутбуки, оснащены разъемами TRRS 3,5 мм для гарнитур, совместимыми с телефонными гарнитурами, и которые можно узнать по иконке гарнитуры вместо привычных иконок наушников или микрофона. Они особенно часто используются для голосовой связи по IP (VoIP).

Звук окружающей среды

Звуковые карты, поддерживающие 5.1-канальный объемный звук, имеют три разъема для подключения шести каналов: передние левый и правый, тыловые левый и правый, центральный канал и сабвуфер. Однако 6.1- и 7.1-канальные звуковые карты от Creative Labs используют один трехконтактный разъем (для фронтальных динамиков) и два четырехконтактных разъема. Это позволяет подключить задний центральный (6.1) или задние левый и правый (7.1) каналы без необходимости использования дополнительных разъемов на звуковой карте.

Комбинированные TRS и TOSLINK

Некоторые портативные компьютеры оснащены комбинированным разъемом TRS/TOSLINK диаметром 3,5 мм, поддерживающим стереофонический аудиовыход через разъем TRS или цифровой выход TOSLINK (стерео или 5.1 Dolby Digital/DTS) с использованием подходящего оптического адаптера. Большинство компьютеров iMac имеют эту функцию комбинированного цифрового/аналогового выхода в стандартной комплектации, а ранние модели MacBook имели два порта: один для аналогового/цифрового аудиовхода, а другой – для выхода. Поддержка ввода была исключена в более поздних моделях.

Видео

Оборудование, требующее видео со стереозвуковым входом или выходом, иногда использует 3,5 мм TRRS-разъемы. Существуют два несовместимых варианта разной длины, и использование неправильного варианта может либо не работать, либо привести к физическим повреждениям. Попытка полностью вставить более длинный (17 мм) штекер в гнездо, предназначенное для более короткого (15 мм) штекера, может повредить гнездо и любые электронные компоненты, расположенные непосредственно за ним. Однако частичное вставление штекера будет работать, поскольку расстояния между контактами (кончик/кольцо/кольцо) одинаковы для обоих вариантов. Более короткий штекер в гнезде, предназначенном для более длинного штекера, может не фиксироваться надежно и может привести к неправильной маршрутизации сигнала или короткому замыканию внутри оборудования (например, контакт штекера может вызвать замыкание контактов внутри гнезда – кончик/кольцо 1 и т.д.). Более короткий 15 мм TRRS-вариант более распространен и физически совместим со стандартными 3,5 мм TRS и TS-разъемами.

Записывающее оборудование

Многие небольшие видеокамеры, ноутбуки, рекордеры и другие потребительские устройства используют 3,5-мм микрофонный разъем для подключения микрофона к системе. Их можно разделить на три категории:
Устройства, использующие микрофон без внешнего питания: как правило, это недорогой динамический или пьезоэлектрический микрофон. Такой микрофон генерирует собственное напряжение и не требует питания. Устройства, использующие микрофон с автономным питанием: обычно это конденсаторный микрофон со встроенным усилителем, работающим от батареи. Устройства, использующие микрофон с питанием по подключению: это электретный микрофон, содержащий встроенный усилитель на полевом транзисторе (FET). Они обеспечивают качественный сигнал в компактном корпусе. Однако встроенному FET требуется постоянный источник питания, который подается в виде напряжения смещения для внутреннего транзистора предварительного усиления. Питание по подключению подается по той же линии, что и аудиосигнал, с использованием RC-фильтра. Постоянное напряжение обеспечивает питание усилителя FET (при небольшом токе), а конденсатор отсекает постоянную составляющую от переменного сигнала, поступающего на рекордер. Обычно V = 1,5 В, R = 1 кОм, C = 47 мкФ. Если рекордер предоставляет питание по подключению, а микрофону оно не требуется, то обычно все работает нормально. В обратном случае (рекордер не предоставляет питание, а микрофону оно необходимо) звук записываться не будет.

Мобильные устройства

Три или четыре проводника (TRS или TRRS) разъемы 2,5 мм и 3,5 мм были распространены в старых сотовых телефонах и смартфонах соответственно, обеспечивая моно (три проводника) или стерео (четыре проводника) звук и вход для микрофона, а также функции сигнализации (например, нажатие кнопки для ответа на вызов). Они используются как с гарнитурами, так и со стереонаушниками. Однако, с широким распространением беспроводного аудио Bluetooth и стремлением сделать мобильные устройства тоньше и водонепроницаемыми, наблюдается тенденция к отказу от телефонного разъема. Это началось в 2016 году с iPhone 7 от Apple и поначалу высмеивалось другими производителями, такими как Samsung и Google, которые впоследствии последовали этому примеру. Тем не менее, существуют разъемы для поверхностного монтажа, водонепроницаемые на глубине до 1 метра. Разъемы 3,5 мм TRRS (стерео плюс микрофон) стали особенно распространены в смартфонах и используются, например, компанией Nokia и другими с 2006 года. Как указано в разделе совместимости, они часто совместимы со стандартными 3,5 мм стереонаушниками. Многие компьютеры, особенно ноутбуки, также оснащены разъемом TRRS для гарнитуры, совместимым с гарнитурами, предназначенными для смартфонов. Четыре проводника разъема TRRS назначаются для различных целей разными производителями. Любой штекер 3,5 мм можно механически подключить к любому разъему, но многие комбинации электрически несовместимы. Например, подключение наушников TRRS к разъему TRS для гарнитуры, гарнитуры TRS к разъему TRRS или наушников TRRS одного производителя к разъему TRRS другого производителя может привести к неправильной работе или полному отсутствию функциональности. Монофоническое аудио обычно работает, но стереофоническое аудио или микрофон могут не работать, или же функции управления паузой/воспроизведением могут быть неактивны, как часто происходит при попытке использовать наушники с управлением для iPhone на устройстве Android или наоборот.

Совместимость

Спецификация кабелей и разъемов USB Type-C определяет соответствие между разъемом USB Type-C и 4-полюсным разъемом TRRS для использования с гарнитурами и поддерживает режимы CTIA и OMTP (YD/T 1885–2009). Некоторые устройства прозрачно поддерживают множество стандартов разъемов, и существуют аппаратные реализации этой функции в виде отдельных компонентов. В некоторых случаях это достигается путем подачи напряжения на корпус и второе кольцо для определения схемы подключения. Затем последние два проводника могут быть переключены, чтобы устройство, изготовленное по одному стандарту, можно было использовать с гарнитурой, изготовленной по другому стандарту.

Стандарт TRRRS

Стандарт TRRRS для разъемов 3,5 мм был разработан ITU-T. Стандарт, известный как P.382 (ранее P. MMIC), определяет технические требования и методы тестирования для 5-контактной конфигурации разъема и гнезда. По сравнению со стандартом TRRS, TRRRS предоставляет один дополнительный контакт, который можно использовать для подключения второго микрофона или подачи питания на аудиоаксессуар или от него. Стандарт P.382 требует, чтобы соответствующие разъемы и гнезда обеспечивали обратную совместимость с устаревшими разъемами TRRS и TRS. Таким образом, разъемы TRRRS, соответствующие требованиям P.382, должны обеспечивать бесшовную интеграцию при использовании в новых устройствах. Разъемы TRRRS позволяют реализовать следующие аудиоприложения: активное шумоподавление, бинауральная запись и другие, где две аналоговые линии микрофона могут быть напрямую подключены к хост-устройству. Они часто встречались в телефонах Sony, начиная с Xperia Z1/XZ1 и Xperia 1 II. В 2015 году был представлен другой стандарт TRRRS для разъемов 4,4 мм, соответствующий JEITA RC 8141C, который используется для сбалансированных аудиосоединений, в частности для кабелей наушников. Этот разъем часто называют разъемом по названию бренда Nippon DICS (NDICS). Он используется в некоторых продуктах Sony, таких как Walkman M1Z из серии Signature, а также в некоторых продуктах Sennheiser, таких как наушники HD 820 или усилитель для наушников HDV 820 DAC.

Контактные выключатели

Панельные разъемы могут включать контакты переключателей. Чаще всего моноразъем оснащен одним нормально закрытым (NC) контактом, который соединен с наконечником (активным) соединением, когда в гнезде нет вилки, и отключается при вставке вилки. Стереоразъемы обычно предоставляют два таких NC контакта, по одному для наконечника (левый канал) и кольца или обоймы (правый канал). Некоторые разъемы также имеют такое соединение на корпусе. Поскольку этот контакт обычно заземлен, он мало полезен для переключения сигнала, но может использоваться для индикации электронной схеме, что разъем используется. Реже разъемы могут иметь нормально открытые (NO) или переключающие контакты, или контакты переключателя могут быть изолированы от сигналов разъема. Первоначальное назначение этих контактов заключалось в коммутации на телефонных станциях, для которых существовало множество схем. Распространены были два набора переключающих контактов, изолированных от контактов разъема. Более современная схема с одним NC контактом для каждого сигнального пути, внутренне подключенным к контакту разъема, обусловлена их использованием в качестве разъемов для наушников. Во многих усилителях и оборудовании, содержащем их, например, в электронных органах, предусмотрен разъем для наушников, который отключает динамики при использовании. Это достигается с помощью этих контактов переключателей. В другом оборудовании, когда наушники не подключены, обеспечивается мумифицирующая нагрузка. Это также легко реализовать с помощью этих NC контактов. Были найдены и другие применения этих контактов. Одно из них – прерывание сигнального пути в микшерском пульте для вставки процессора эффектов. Это достигается с помощью одного NC контакта стереоразъема для соединения наконечника и кольца вместе, обеспечивая обход при отсутствии вилки. Аналогичная схема используется в патч-панелях для нормализации (см.). Если разъем 3,5 мм или 2,5 мм используется в качестве разъема для подключения питания постоянного тока, контакт переключателя может использоваться для отключения внутренней батареи при подключении внешнего источника питания, чтобы предотвратить неправильную зарядку батареи. Чтобы избежать необходимости в отдельном выключателе питания, стандартный стереоразъем используется в большинстве гитарных эффектов, работающих от батареи. Отрицательный полюс внутренней батареи подключен к корпусному контакту разъема. Когда пользователь подключает двухпроводной (моно) штекер, возникающее короткое замыкание между корпусом и кольцом соединяет внутреннюю батарею со схемой устройства, обеспечивая автоматическое включение или выключение при вставке или извлечении сигнального кабеля.

Сбалансированный звук

Когда телефонный разъем используется для создания сбалансированного соединения, два активных проводника используются для передачи дифференциальных версий монофонического сигнала. Кольцо, которое в стереосистемах используется для правого канала, в этом случае используется для инвертирующего входа.

Преимущества

Там, где пространство ограничено, разъемы TRS предлагают более компактную альтернативу разъемам XLR и поэтому часто используются в небольших аудиомикшерах. Еще одним преимуществом разъемов TRS, применяемых для сбалансированных микрофонных входов, является возможность подключения к такому входу стандартного несбалансированного кабеля с разъемом TS. Инвертирующий вход на кольцевом контакте при этом правильно заземляется через корпус штекера.

Недостатки

При использовании неразрывных телефонных разъемов для создания сбалансированных аудиосоединений, гнездо заземляет наконечник и кольцо вилки при вставке или извлечении вилки, при этом заземление замыкается последним. Это вызывает кратковременные помехи в виде гула, треска и щелчков, а также может создавать нагрузку на некоторые выходы, поскольку они на короткое время замыкаются, или дольше, если вилка вставлена не полностью. Эта проблема не возникает при использовании разъемов XLR или разъемов калибра B, которые, хотя и имеют диаметр 0,25 дюйма (6,35 мм), отличаются меньшим наконечником и утопленным кольцом, благодаря чему контакт заземления гнезда никогда не касается наконечника или кольца вилки. Этот тип был разработан для сбалансированных аудиосоединений, являясь исходным разъемом для телефонных коммутаторов, и до сих пор широко используется в вещании, телекоммуникациях и многих профессиональных аудиоприложениях, где крайне важно, чтобы постоянно контролируемые цепи не прерывались при вставке или извлечении разъемов. Та же коническая форма, используемая в разъеме калибра B, также встречается в авиационной и военной технике на разъемах различных диаметров, включая разъемы PJ 068 и Bantam. Более распространенный профиль с прямыми сторонами, используемый в бытовых и коммерческих приложениях и рассматриваемый в большей части этой статьи, известен как калибр A.

В качестве альтернативы, некоторые коммутируемые аудиоразъемы содержат встроенные изолированные переключатели, которые активируются только при полном вставлении вилки. Это позволяет избежать проблем, связанных с вставлением, например, путем подключения разъемов через двухполюсный двухпозиционный переключатель, который активируется только при полном вставлении. Или, например, переключатель может управлять схемой, которая плавно увеличивает громкость звука при полном вставлении вилки и отключает звук при неполном вставлении.

Неуравновешенный звук

Телефонные разъемы с тремя проводниками также часто используются как несбалансированные аудио-патчпойнты (или вставные точки, или просто вставки), при этом выход на многих микшерах находится на наконечнике, а вход – на кольце. Это часто обозначается как "отправка на наконечнике, возврат на кольце". Более старые микшеры и некоторые внешние устройства имеют несбалансированные вставные точки с отправкой на кольце и возвратом на наконечнике. Во многих реализациях контакт переключателя в гнезде панели используется для замыкания цепи между отправкой и возвратом, когда в патчпойнте нет вставленного штекера. Объединение функций отправки и возврата с помощью одного 1/4-дюймового разъема TRS уменьшает вдвое пространство, необходимое для поля вставных разъемов, которым в противном случае потребовалось бы два разъема – один для отправки и один для возврата. В некоторых трехпроводниковых TRS-вставках эта концепция расширяется за счет использования специально разработанных телефонных разъемов, которые принимают моно-штекер, вставленный до первого щелчка, и затем подключают наконечник к сигнальному пути, не разрывая его. Стандартные разъемы TRS также могут использоваться таким образом с переменным успехом. В некоторых очень компактных устройствах, включая модульные синтезаторы, для патчпойнтов используются 3,5-мм TS-разъемы.